PHITS simulation of quasi-monoenergetic neutron sources from Li(,) reactions

Li(,)反応による準単色中性子源のPHITSシミュレーション

橋本 慎太郎  ; 岩本 修  ; 岩元 洋介   ; 佐藤 達彦   ; 仁井田 浩二*

Hashimoto, Shintaro; Iwamoto, Osamu; Iwamoto, Yosuke; Sato, Tatsuhiko; Niita, Koji*

陽子あるいは重陽子入射反応を用いた加速器中性子源は、核融合炉材料照射試験やボロン中性子捕捉療法といった基礎研究や医療の分野で利用されている。特に、Li標的の陽子入射反応による準単色中性子は、検出器の校正や中性子の断面積測定に活用される重要なビーム源となる。PHITSは、さまざまな物理モデルを適用して入射陽子と2次中性子の輸送を扱い、ビームライン上の粒子束や遮へい材における付与エネルギーを評価できる。このため、中性子源の設計の際には、本コードによる解析結果が重要な役割を果たすことが期待できる。しかし、従来、PHITSに組み込まれている核内カスケード等の核反応モデルはLi(,)Beの遷移過程を考慮していないため、中性子スペクトル上のピーク構造を再現できなかった。そこで、量子力学計算である歪曲波ボルン近似(DWBA)により評価したピークを追加する機能の開発を進めている。その結果、これまでに50MeV以下の入射エネルギーにおける陽子及び重陽子入射反応にこの機能を適用し、実験値を再現することを確認した。そこで今回、Li(,)反応について適用入射エネルギーを400MeVまで拡張しその有効性を検証した結果を報告する。

Accelerator-based neutron sources using proton- and deuteron-induced reactions have been utilized for scientific and medical applications, such as irradiation testing of fusion reactor materials at IFMIF and BNCT. Quasi-monoenergetic neutron beams using Li(,)Be are of special importance for calibrating a detector and measuring cross sections for neutron induced reactions. PHITS can deal with the transport of incident protons as well as secondary neutrons using various physics models, and it can estimate particle fluxes in the beam line and energy deposition in shielding materials. Therefore, PHITS is a useful code for neutron source design in accelerator facilities. However, nuclear reaction models implemented in PHITS, such as INC, were not enough to reproduce the peak structure in neutron spectra of experimental data, since these models do not consider the transition process of Li(,)Be. We have developed a new option that adds peaks obtained by the DWBA method, which gives cross sections of the transition on the basis of quantum mechanics, to results calculated by the INC model. We had applied this option to estimate neutron spectra in the reactions at incident energies below 50 MeV. Results of the INC model using the option had been in good agreement with experimental data. In this study, we extended the applicable incident energy range up to 400 MeV for the Li(,) reactions. We will show the comparison between the calculated result and experimental data, and discuss the validity of the option for the reactions.